压力是科学、工程及日常生活中不可或缺的物理量,而“巴”(bar)作为一种特殊的压力单位,虽然未被列入正式的国际单位制(SI),却因其实用性而广泛存在于多个行业中。本文将从“巴”单位的定义、历史起源、换算关系以及在气象学、海洋学、潜水及工业领域的应用等方面展开详细介绍,带你深入了解这一重要的压力计量单位。巴的定义基于帕斯卡(Pa),其等于100,000帕,即100千帕(kPa),这使得1巴的压力数值与地球海平面附近的平均大气压非常接近。事实上,1巴略低于海平面的标准大气压,约为1.013巴。气象学中的标准大气压为1013.25毫巴(mbar),等同于101.325千帕或1.01325巴。这里,毫巴是巴的千分之一单位,数字简单,便于日常压力的表达和转换。
历史上,“巴”这一单位最初由挪威气象学家维尔赫姆·比耶克内斯(Vilhelm Bjerknes)引入,他是现代气象预报的奠基人。最早时,“巴”被定义为每平方厘米一兆达因的压力(megadyne/cm²),逐渐演变成为今天我们熟知的以帕斯卡为基准的单位。值得注意的是,巴这个词源自希腊语“βάρος”(baros),意为“重量”,这一词根体现了压力概念的核心——单位面积上的力量。尽管“巴”并非国际单位制的一部分,欧洲联盟国家自2004年起将其作为合法的计量单位认可。美国国家标准与技术研究院(NIST)则限制其使用,主张仅在气象领域采用,并视其为被逐步淘汰的非标准单位。此外,国际天文学联合会(IAU)也将其列为不推荐继续使用的非国际单位。
换算方面,1巴等同于1,000,000巴里(barye,CGS单位),约等于0.98692327大气压(atm),以及14.503774磅力每平方英寸(psi)。同时,1巴接近水深10米处水的压力,约为1019.716厘米水柱(cmH2O),这在潜水科学和流体力学中尤为重要。巴单位还衍生出一系列与之关系紧密的单位,如兆巴(megabar,Mbar,等于1000巴)、千巴(kbar,等于1000巴)、分巴(decibar,dbar)、厘巴(centibar,cbar)和毫巴(mbar)。毫巴及其等价单位百帕斯卡(hectopascal,hPa)在气象学中尤为重要。现代气象领域采用毫巴或百帕斯卡表达气压,二者数值相同,方便标准化和国际交流。例如,加拿大气象局在气压图上使用的是这两种单位,有助于数字的简化和计算的便利。
美国气象报告,尤其是热带风暴和飓风相关内容,仍然广泛使用毫巴作为压力单位。巴单位在潜水器材压力读数中的应用极为普遍,潜水气瓶通常以巴为单位标明容量,如200巴表示气瓶充满状态。在水深方面,水深每增加约10米,水压力约增加1巴,利用这一关系,潜水员能够准确估算潜水深度与压力之间的对应关系。除气象与潜水领域,巴单位还大范围应用于机械工程、液压设备以及汽车工业。例如,汽车中的轮胎气压常用巴或其倍数计量,涡轮增压器的压力也常以巴表示。工业液压设备则多以几百巴为压力基准,如300巴的系统压力在制造机器中十分普遍。
在船舶工业中,冷却水管道和其他海洋系统压力通常以巴为单位,方便工程设计和维护。海洋学中,分巴单位被广泛采用,为测量水体深度和压力提供了便利。水深每增加约1.019716米,压力增加1分巴,这样的数值转化,简化了海洋物理研究中的计算。巴单位与压力计中的符号与计量尤为重要。在英文中,为表示绝对压力,有时使用“bar(a)”或“bara”,而表示相对压力则常见“bar(g)”或“barg”。尽管这些符号的使用属于旧规则范畴,尤其在石油工业中仍大量存在,比如使用大写“BarG”“BarA”,但推荐的表达应以完整文字描述替代符号混淆,如“2巴表压”或“2巴绝对压”,以消除潜在误差。
对于低压环境或真空技术领域,毫巴仍是标注残余压力的常见单位,虽然历史上托尔(Torr)和毫米汞柱(mmHg)也被广泛使用。现代测量仪器倾向于采用毫巴提高测量精度及标度的直观性。虽然在某些亚洲国家,Unicode编码中存在代表“mb”、“bar”以及“毫巴”等用于兼容传统编排的特殊字符,但这些并不建议在现代文档或数字平台中广泛使用,避免编码混乱和信息解析错误。总的来说,巴作为一种非SI单位,在实际生活和工业应用中扮演着桥梁角色。它既与SI单位帕斯卡紧密相关,又拥有相对简洁的数值标准,便于应用和理解。与日常生活、大气科学、工业工程、海洋学者均离不开这一单位的测量标准紧密联系。
随着国际计量标准的逐步完善和统一,巴单位的应用虽然受限,但因其便利性和历史遗留性,短期内仍将保持稳定地位。熟悉并掌握巴单位以及其换算关系,对各行各业专业人士及关注气象、潜水科学的公众均大有裨益。